ch9滑动轴承.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章,滑动轴承设计,第一节 概 述,一,.,类型,按承载分,按摩擦状态分,向心滑动轴承,推力滑动轴承,液体摩擦滑动轴承,非液体摩擦滑动轴承,动压轴承,静压轴承,二,.,特点,转速高,承载大,精度高,可以制成剖分结构,结构复杂,对温度、杂质敏感,滑动轴承工作性能的好坏与工作介质有很大的关系,滑动轴承,滚动轴承,三、滑动轴承的适用场合,低速低载、精度不高,非液体摩擦滑动轴承,高速,滚动轴承寿命大为降低,重载,滚动轴承造价高,承受巨大冲击和振动载荷,油膜的缓冲和阻尼作用,支承精度特别高,滑动轴承零件少,某些特殊场合,受径向尺寸限制、曲轴轴承等,第二节,滑动轴承的,结构型式,向心轴承,推力轴承,剖分式,整体式,间隙可调式,自动调心式,实心式,空心式,单环式,多环式,结构简单,安装困难,间隙不可调,结构较繁,间隙可调,广泛采用,中间比压大,剖分式滑动轴承,一、,轴瓦的结构,(1),轴瓦的结构要素,油孔,油沟,壁厚,定位唇,油室,定位唇：防止轴瓦在轴承中移动,壁厚,油孔和油沟：将油引入轴承,油室：存油,(2),结构型式,整体式,剖分式,第三节 轴瓦,结构和轴承,材料,1.,向心轴承,轴承中起支承轴颈作用的零件是轴瓦，因此轴瓦是滑动轴承中的重要零件。,向心滑动轴承的轴瓦内孔是圆柱形。,润滑油由非承载区引入轴颈；,为了便于润滑油均匀分布在轴颈上，进油口开有油沟。,大型液体润滑的滑动轴承中，一般采用润滑油从两侧导入的结构。为了使润滑油顺利进入轴瓦与轴间隙，轴瓦两侧面开有油室。,2.,推力滑动轴承,如图所示，轴为单向旋转，轴向力由推力轴承承受，止推面是固定瓦式的推力轴承。,止推面上开有单方向的楔形倾斜角，楔形顶部有平台。,图示为可倾式推力轴承，轴瓦能绕一支点自由摆动，使瓦块随工况的变动而自动调节瓦面的斜率。,扇形瓦块一般是,6-12,块。,二、轴承材料,根据轴承的工作情况，对轴瓦的材料要求如下：,1,）摩擦系数小；,2,）导热性好，热膨胀系数小；,3,）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；,4,）要有足够的机械强度和可朔性。,粘附上去的薄层材料称为轴承衬。,但能同时满足上述要求的材料是很难找的，所以较为常见的是采用两层不同的金属做成的轴瓦。这两种金属在性能上取长补短。在工艺上通过,浇注,或压合的方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。,下面介绍轴瓦和轴承衬常用的材料。,浇注轴承合金的轴瓦,（一）,轴承合金（又称白合金、巴氏合金）,1,、主要成分是：锡,Sn,，铅,Pb,，锑,Sb,，铜,Cu,的合金。,2,、分锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。基体,内均匀悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒。,3,、锡锑轴承合金和铅锑轴承合金的优缺点：,锡锑轴承合金：,1,）摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐腐蚀性能好，易跑合；,2,）常用于高速、重载的轴承；,3,）价格较贵且高温时机械强度较差；,4,）只能作为轴承衬材料。,铅锑轴承合金：,性能与锡锑轴承合金相近，但材料较脆；不宜承受较大的冲击载荷；一般用于中速、中载的轴承。,（二）,青铜,主要是铜与锡、铅、锌和铝的合金，是运用最广,的轴承材料。,铜与锡的合金称为锡青铜，铅青铜和铝青铜属于,无锡青铜。,锡青铜用于高速与重载条件；,中速和中等载荷用锡锌铅青铜；,铝青铜用于重载和低速条件；,铅青铜主要用于高速和重的冲击与变载条件。,（三）具有特殊性能的轴承材料,粉末冶金是将不同金属粉末再加上石墨、,硫、锡或铅等粉末混合后高压成型，再经,过高温烧结而成的多孔性结构材料，又称,陶瓷金属。,使用前需在热油中浸渍几小时，使孔隙中充,满润滑油，故也称为含油轴承。,在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。,第四节 滑动轴承的润滑,一、润滑剂,轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还可起到冷却、吸振、防锈等作用。,润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有重大影响。,润滑剂可以分为：,1.,液体润滑剂,润滑油（粘度）,2.,半固体润滑剂,润滑脂（稠度和针入度）,3.,固体润滑剂,1,、润滑油,粘度表示了液体流动的内摩擦性能。或者说是流体抵抗剪切变形的能力。,润滑油沿油层垂直方向的速度的变化率叫做速度梯度，因此层与层存在的液体内部摩擦剪应力为：,为油层中任一点的速度，,是对应于一点的速度梯度；,是比例系数，即液体的,动力粘度,，简称粘度。,动力粘度的量纲是：力,时间,/,长度,2,，国际单位为：,Ns/m,2,（,Pa,s,）,动力粘度的物理单位是,P,（,泊）或,cP,（,厘泊），,1P=100cP,。,动力粘度,又称为,绝对粘度,，主要用于流体动力学计算。,1,Pa,s=1Ns/m,2,=10P=1000cP,运动粘度,等于动力粘度与液体密度 的比值：,的国际单位是m,2,/s，常采用物理单位St（斯）或cSt（厘斯），1St=100cSt,1St=100cSt=10,-4,m,2,/s,润滑油的粘度是随,温度的升高而降低,的。,润滑油的粘度,随压力的升高而增大,，当压力不高时（小于,100,个大气压），变化极小。,润滑油的运动粘度通常是用毛细管粘度计测量的。,工业上广泛应用的矿物油，是从石油中 经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏精制而成。,国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮机油及齿轮油等。,根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌号，油号越大粘度越高。,2,、润滑脂,润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成的。,作为基础油的大多数是矿物油，也有合成油。,稠化剂大多数是金属皂类，也有非金属皂类。,根据皂类的不同，有钙基、钠基、锂基和铝基润滑脂。,钠基脂不耐水而耐高温；钙基脂耐水但不耐高温；锂基脂既耐水又耐高温。,1,）,针入度：,用质量为,150g,的标准圆锥体在,25,0,C,的 恒温下，由脂表面经,5,秒钟后沉入脂内的深度。,润滑脂的主要性能是：,2,）,滴点：,在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。,3,、固体润滑剂,在摩擦表面间加入固体粉末代替流体膜来润滑，称为固体润滑剂。,常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯，另外还有二硫化钨等。,一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。来润滑，称为固体润滑剂。,二、润滑装置,润滑剂的供应方法可以分为分散润滑和集中润滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，通过油管分送润滑油，装置复杂使用方便。,油润滑有间歇润滑与连续润滑；脂润滑通常采用间歇供应。,各种润滑装置,油芯式油杯,润滑脂油杯,针阀式油杯,1,手柄,2.,螺母,3.,针杆,4.,簧片,5.,观察孔,6.,滤网,油环润滑,第五节,非液体摩擦滑动轴承的计算,润滑方法,：可用润滑油或润滑脂润滑,(,可在其中加少量石墨或一硫化钼粉末，以便油膜边界坚韧 填平宜糙面以减少磨损,),。这类轴承不能完全排除磨损。,设计依据,：维持边界油膜不遭破裂。,计算方法,：按经验设计。即,:,p,p,pv,pv,一、向心轴承,1,、,压强,p,2,、,轴承的,pv,值,与摩擦功率损耗成正比，表征轴承的发热因素。,pv,越高,，轴承,温升越高越易,引起边界油膜,破裂,。,p=,p,F,Bd,F,:,轴承径向载荷,B,:,轴瓦宽度,d,:,轴颈直径,p,:,轴瓦材料许用压强,P241,表,15-1,n,:,轴的转速,v,:,轴颈线速度,pv,=,pv,F,Bd,601000,dn,二、推力轴承,1,、,压强,p,2,、,轴承的,pv,值,对于多环推力轴承，由于制造和装配误差使各支承面上所受载荷不等，,p,和,pv,值应减小,20,40,。,p=,p,F,z,(,d,2,2,-d,1,2,),/4,F,:,轴向载荷,d,2,:,轴肩直径,d,1,:,轴颈直径,z,:,轴环数,d,m,=,(,d,1,+d,2,)/2,pv,m,=p,pv,601000,d,m,n,P262,例,9-1,第六节 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,1.,压力油膜形成的原理,轴颈和轴瓦同心时,两平行板的摩擦状况,轴颈和轴瓦偏心时,两倾斜板的摩擦状况,(1),两平行板,(2),两倾斜板,层与层间靠内摩擦阻力,(,粘性,),带动前进,油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力,沿,方向按线性变化,润滑油不可压缩,“拥挤”形成压力,油的粘性和压力的,作用，改变了油层,速度变化规律,2.,液体动压润滑的基本方程,对,y,积分：,边界条件：,假设,油按层状流动,忽略压力、温度的影响,油不可压缩,油层在,Z,方向无流动,任意截面上单位宽度,(z,方向,),的流量,设油膜压力最大处,(,此截面,),的间隙为,则,流体是连续的,一维雷诺方程,讨论之一：,由,油膜压力沿,x,方向变化规律,对平行板,对倾斜板,平行板间油膜压力沿,x,方向无变化，,等于入口处压力,(,压力为,0),入口处速度图形为凹形,出口处速度图形为凸形,在,处,油膜厚度为,u,沿,y,方向线性分布,油膜压力达,讨论之二：,液体摩擦形成的条件,由,(1),两工作表面必须形成收敛的楔形间隙,(2),两工作表面必须有一定的相对运动，,且,v,方向是从大口道小口,(3),间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油,若,则,无粘度,各油层无速度,两板间油无流动,不能形成油膜压力,讨论之三：,向心滑动轴承动压油膜形成过程,(1),停车,(2),启动,金属直接,接触,摩擦力使,轴颈右移,油膜压力将轴,颈托起,其合力将轴颈,左推,(3),随着,油膜压力将轴,颈完全托起,其合力与外载,平衡,(4),为工作转速,油膜压力,偏心距,e,3.,承载能力计算,(1),转换为极坐标系,取,连线为极坐标轴,偏心距,间隙,相对间隙,偏心率,任意,处,(M,点,),的油膜厚度,最小油膜厚度,最大油膜压力处的厚度,(2),承载能力的推导过程,代入雷诺方程,承载区任意点,M,的油膜压力,沿,y,方向的分压力,沿,z,方向单位宽度上油膜压力的合力,考虑端泄,油膜总压力与外载,F,平衡,研究点,M,承载量系数,采用国际单位：,当轴承结构,确定,由,则可计算承受多大的,径向载荷,F,计算,由,承载量系数,公式,的用途,则可计算承受外载,F,时要多大的,动压润滑条件：,轴瓦表面粗糙度,轴颈表面粗糙度,4.,主要参数的选择,(1),相对间隙,(2),宽径比,承载,回转精度,摩擦阻力,温度,的选择：,载荷大、,应取小一些，提高承载能力,轴承宽度,油膜压力,速度大、,应取大一些，减少发热,承载,散热,温升,承载,端泄,温升,经验公式,选轴承配合,计算,轴颈中心与轴承中心接近重合,反之，接近于,1,受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差,等的限制,轴承表面粗糙度,轴颈表面粗糙度,(3),偏心率,值越趋向于0,一般：,(4),最小油膜厚度,一般：,转速,载荷,油膜压力,承载,不可能无限小,（即,),动压润滑条件,5.,热平衡计算,(1),温升公式,摩擦发热量,流动油带走的热量,轴承散热量,温升,比热,密度,散热系数,摩擦特性系数,流量系数,(2),热平衡计算,初定,计算,左右,初定值与计算值相差,大于,5,C,时，,必须改,变参数重新计算,不得超过,30,C,定得过高、粘度下降,定得过低、外部冷却难,左右,设计动压向心滑动轴承,已知：,d,=200,mm,、,F,=65000N,、,n,=3000,r,/,min,、要求轴承剖分、,L-AN32,润滑油,设计项目,方案,1,方案,2,方案,3,序号,1,选结构型式,正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为,180,2,选取宽径比,0.8 1.0,3,轴承宽度,(,m,)0.16 0.2,4,压强,(,MPa,)2.03 1.625,5,速度,(,m/s,)31.4,6,pv,值,(,Mpa.,m/s,)63.74 51.03,7,选轴瓦材料,ZSnSb11Ch6 p=25,、,v=80,、,pv,=100,8,已知润滑油牌号,L-AN32,9,初定平均温度,(,C,)50,设计项目,方案,1,方案,2,方案,3,序号,10,查运动粘度,(,mm,2,/s,)20,11,动力粘度,(,Pa.s,)0.018,12,选择相对间隙,0.00145 0.0019 0.0023,13,选择轴颈表面粗糙度,(,m,)1.6,14,选择轴瓦表面粗糙度,(,m,)3.2,15,承载量系数,0.756 1.297 1.52,16,查偏心率,0.5 0.66 0.625,17,最小油膜厚度,(,mm,)0.0725 0.0646 0.08625,18,计算,(23)(Rz,1,+Rz,2,),值,0.00960.0144,20,查摩擦特性系数,3.5 2.3 2.0,21,查流量系数,0.138 0.165 0.138,19,最小油膜厚度是否足够,足够,设计项目,方案,1,方案,2,方案,3,序号,22,润滑油温升,(,C,)32.8 18.2 15.2,23,取入口温度,(,C,)40,24,计算平均温度,(,C,)56.4 49.1 47.6,25,平均温度初定值与,计算值误差,(,C)6.4 -0.9 -2.4,26,热平衡计算是否合格,超过,5,C,合格,合格,第七节其它轴承简介,一、多油楔滑动轴承,只有一个油楔产生油膜压力的轴承，常称为单油楔滑动轴承。这种轴承工作时，如果轴颈受到某些微小干扰而偏离平衡位置，使其难于自动恢复到原来的平衡位置，则轴颈将作一种新的有规则或无规则的运动，这种状态称为轴承失稳。为了提高轴承的工作稳定性和旋转精度，常把轴承做成多油楔形状。和单油楔轴承相比，多油楔轴承稳定性好，旋转精度高，但承载能力低，摩擦损耗大。它的承载能力等于各油楔中油膜力的向量和。,椭圆轴承，工作时，可形成上下两个动压油膜，有助于提高稳定性。这类轴承的加工也比较容易，在轴承的剖分面上垫上一定厚度的垫片，按圆形镗孔，然后撤去垫片，上下合拢即为椭圆轴承。,固定式三油楔轴承，工作时，可形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。固定式三油楔轴承只允许轴颈沿一个固定的方向回转。摆动瓦多油楔轴承。轴瓦由三片以上,(,通常为奇数,),的扇形块组成，轴瓦由带球端的螺钉支承着，单向回转时，支点不安置在轴瓦正中而都偏向同一侧，随着运转条件的改变，轴瓦的倾斜都可自动调整，以适应不同的载荷、转速、轴的弹性变形和偏斜，建立起液体摩擦状态。,二、液体静压轴承,液体静压轴承是利用专门的供油装置，把具有一定压力的润滑油送入轴承静压油腔。形成具有压力的油膜，利用静压腔间压力差，平衡外载荷，保证轴承在完全液体润滑状态下工作。,液体静压轴承主要特点是：,1,）静压轴承的承载能力取决于静压油腔间的压力差，当外载荷改变时，供油系统能自动调节各油腔间的压力差。,2),静压轴承承载能力和润滑状态与轴颈表面速度无关，即使轴颈不旋转，也可形成油膜，具有承载能力，因而，摩擦系数小，承载能力强。,3),静压轴承的承载能力不是靠油楔作用形成的。因此，工作时不需要偏心距，因而旋转精度高。,4),静压轴承必须有一套专门的供油装置，成本高。,三、气体轴承,气体轴承是用气体作润滑剂的滑动轴承，空气因其粘度仅为机械油的,1/4000,，且受温度变化的影响小，被首先采用。气体轴承可在高速下工作，轴颈转速可达每分钟几十万转。气体轴承也分为动压轴承和静压轴承两大类。动压气体轴承形成的气膜很薄，最大不超过,20m,故对气体轴承的制造要求十分精确，气体轴承不存在油类污染，密封简单，回运精度高，运行噪音低，主要缺点是承载量不大，常用于高速磨头、陀螺仪、医疗设备等方面。,